物理学再次错过了与未来的长期约定。最新的、最灵敏的暗物质粒子搜索——暗物质是宇宙中可能构成 85% 质量的隐形物质——一无所获。这些被称为 WIMP（弱相互作用重粒子）的难以捉摸的粒子可能只是比物理学家想象的更善于隐藏。或者，它们可能根本不存在，这意味着我们在试图理解宇宙的方式的基础中存在着严重的错误。许多科学家仍然抱有希望，认为升级版的 WIMP 探测实验会找到它们，但其他人正在重新审视长期以来被认为不太可能的暗物质概念。
今年夏天第一个无效结果来自大型地下氙（LUX）实验，该实验使用三分之一公吨的液态氙，在零下 100 摄氏度的低温下保存在一个巨大的、注满水的罐中，埋在南达科他州黑山地下一公里半处。在那里，研究人员屏蔽了大部分污染辐射源，花费了一年多的时间寻找 WIMP 撞击氙核时发出的闪光。7 月 21 日，他们宣布一无所获。
第二个令人失望的报告于 8 月 5 日来自有史以来最强大的粒子加速器：位于日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）。自 2015 年春季以来，LHC 一直在以前所未有的高能量（高达每秒十亿次的碰撞率）粉碎质子，从而探索粒子物理学的新前沿，以此来寻找 WIMP。早期，两个团队在亚原子残骸中发现了一种明显的异常现象：质子碰撞产生的能量过剩，这暗示了可能由 WIMP 产生的新物理现象（或者，公平地说，还有许多其他奇异的可能性）。然而，随着 LHC 粉碎了更多质子并收集了更多数据，这种异常现象逐渐消失，表明这只是统计上的偶然事件。
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总而言之，这两个无效结果对于暗物质来说是一把双刃剑。一方面，它们对 WIMP 的合理质量和相互作用的新约束正在为下一代探测器的计划做好准备，这些探测器可能提供更好的成功机会。另一方面，它们已经排除了某些最简单和最受珍视的 WIMP 模型，引发了新的担忧，即 WIMP 可能是在寻找暗物质的数十年弯路。
爱德华·“洛奇”·科尔布是一位宇宙学家，现在在芝加哥大学工作，他在 20 世纪 70 年代帮助奠定了 WIMP 搜寻的基础，他曾宣布 2010 年代是“WIMP 的十年”，但现在承认搜寻工作并未按计划进行。“现在我们对暗物质的了解比五年前还要少，”他说。科尔布指出，到目前为止，大多数理论家都通过“让一千个 WIMP 绽放”来回应，创造出越来越繁复和奇异的理论来解释这些据称无处不在的粒子是如何躲过我们所有探测器的。
理论家们有相互关联的两个理由来寻找 WIMP。第一个原因是 WIMP 是粒子物理学标准模型最流行的扩展的自然结果，该模型预测它们是在大爆炸后不久产生的。第二个原因是，如果存在这种原始 WIMP，简单的计算表明，它们目前的丰度和行为应该几乎完全符合从观测中推断出的暗物质的数量和性质。这种所谓的 WIMP 奇迹已经维持了数十年的搜寻，但现在一些理论家正在质疑其有效性。
例如，在 2008 年，当时都在加州大学欧文分校的乔纳森·冯和贾森·库马尔展示了超对称现象如何产生一类比 WIMP 轻得多且相互作用更弱的假设粒子。“这些粒子产生的暗物质数量与我们今天看到的数量相同，但它们不是 WIMP，”冯说。“这颠覆了现状，因为它在理论上同样有充分的理由。我们称之为无 WIMP 奇迹。”
简单的 WIMP 模型的理论基础正在衰落，再加上越来越多的空手而归的探测工作，导致冯和许多其他人提出，WIMP 只是一个更复杂图景的一部分：一个充满各种暗粒子的宇宙隐藏领域，这些暗粒子通过一套暗力相互作用，可能通过暗光的爆发交换暗电荷。由于它们为理论家提供了更多的可操作变量，因此可以将此类“暗区”模型调整到新的数据对暗物质施加的日益严格的事实束缚中——但缺点是这种庞大的灵活性使得它们非常难以最终检验。
“对于暗区，你可以自由地发明几乎任何你想要的东西，”普林斯顿大学的天体物理学家大卫·斯珀格尔说。“现在我们已经失去了 WIMP 奇迹的指导，可用模型的空间非常巨大。这是一个我们不知道正确选择是什么的游乐场——我们现在需要更多来自自然的提示，告诉我们下一步该往哪里走。”
一些物理学家遵循自然的提示，完全放弃了 WIMP。例如，被称为中微子的幽灵粒子已知存在，并且有三种类型或味。尽管这三种类型都不够重，无法解释暗物质，但由于它们本身具有质量，因此为第四种中微子的存在打开了可能性——一种大质量的、所谓的惰性中微子。“几乎所有的中微子质量产生机制都需要惰性中微子的存在，并且其中一些惰性中微子很容易解释暗物质，”加州大学欧文分校的理论家凯沃克·阿巴扎吉安说。
暗物质的另一个长期存在的冷门候选者是轴子，这是一种假设的弱相互作用粒子，最初于 1977 年提出，用于解释和解决量子相互作用中原本神秘的不对称性。为了让轴子解释暗物质，它们需要占据相对狭窄的质量范围，并且比 WIMP 轻得多。“如果我们找不到 WIMP，理论家们就会将赌注转向轴子，”斯坦福大学的物理学家彼得·格雷厄姆说。
除了 WIMP 和暗区、惰性中微子和轴子之外，暗物质还有更奇异的可能性，尽管它们占据了物理学的边缘，包括“原始”黑洞、额外维度以及爱因斯坦的引力理论在某种程度上是错误的。
无论他们首选的候选者可能是谁，许多与暗物质作斗争的物理学家最担心的不是这个概念最终会被视为在某种程度上无效或完全错误——暗物质存在的观测证据是压倒性的。相反，他们担心暗物质的身份可能最终与物理学中的其他伟大谜团无关，因此无法为理解现实的真实本质提供新的途径。
“人们渴望暗物质不仅存在，而且还能解决标准模型的其他突出问题，”麻省理工学院的物理学家杰西·塔勒说。“并非每一项新发现都可能是一项启示……之后理论突然更好地契合在一起。有时新粒子只会让你说，‘谁订购了这个？’我们是否生活在一个每个发现都会带来更深刻、更基本见解的宇宙中，还是我们生活在一个某些部分有韵律和道理，但其他部分没有的宇宙中？暗物质提供了这两种可能性。”